專利名稱：結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)和測試方法
本申請涉及一種結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)和測試方法，更具體地說涉及一種特別適用于抗震測試的結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)和測試方法。
為了評估一個結(jié)構(gòu)的抗震性能，不僅需要計算該結(jié)構(gòu)的線性形變，而且應(yīng)計算結(jié)構(gòu)的非線性形變和結(jié)構(gòu)的破裂現(xiàn)象。為此，在實踐中采用了將使用計算機模擬結(jié)構(gòu)特性與使用振動臺和起振器實際振動一個測試件的振動測試相結(jié)合的測試方法。該測試方法具有可使用與實際結(jié)構(gòu)的尺寸近似的測試部件進行測試的優(yōu)點。然而，由于起振器和測試部件都固定在振動臺上，實際的情況是固定在振動臺上的測試部件與振動臺的尺寸相比必須是小尺寸的。傳統(tǒng)上，在測試一個結(jié)構(gòu)時，測試部件、用于振動測試部件的起振器和用于起振器的阻力墻都被固定在振動臺上。日本專利JP-A-7-55630中描述了這樣的例子。
如上所述，在將使用計算機模擬與用振動臺和起振器測試真實測試部件的振動試驗相結(jié)合的測試中，可以使用與真實結(jié)構(gòu)的尺寸相近的測試部件進行測試。然而，在已知的例子中描述的、在振動臺上固定用于起振器的阻力墻的測試方法中，振動臺的一部分被該阻力墻所占用。因此，只有振動臺的剩余部分可被用于測試部件，所以從考慮振動臺的使用效率的角度來看這樣的方法不是最佳的。所以，可以測試大尺寸結(jié)構(gòu)的優(yōu)點受到限制。于是減小阻力墻的空間是在準備昂貴的振動臺設(shè)備方面所需要考慮的。
為解決上述不便提出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的之一在于提供一種測試系統(tǒng)和測試方法，可以充分利用振動臺的尺寸并且可以在具有與實際結(jié)構(gòu)相近的尺寸的測試部件上進行測試。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種可以利用振動臺的全部空間的結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)和測試方法。此外，本發(fā)明可以不對振動臺裝置增加任何全面的改動，用簡單的結(jié)構(gòu)就可以實現(xiàn)上述目的。
實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的的第一個方面是一種結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)，測試由部分結(jié)構(gòu)和與該部分結(jié)構(gòu)虛擬連接的數(shù)值模型組成的結(jié)構(gòu)，包括一個振動臺，部分結(jié)構(gòu)固定在其上；一個模擬結(jié)構(gòu)，包括用于振動部分結(jié)構(gòu)的起振器和一個反作用力測量裝置，用于測量當部分結(jié)構(gòu)被振動時接受到的來自部分結(jié)構(gòu)的反作用力；一個數(shù)字計算機，根據(jù)反作用力測量裝置測量的數(shù)值計算數(shù)值模型的運動和根據(jù)計算的結(jié)果為起振器產(chǎn)生振動信號；并且振動臺和模擬結(jié)構(gòu)都固定在同一個基礎(chǔ)上。
實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的的第二個方面是該測試系統(tǒng)包括一個振動臺，以第一起振器的方式固定在一個基礎(chǔ)上；包括至少一個第二起振器的模擬結(jié)構(gòu)，被固定在與固定振動臺的基礎(chǔ)相同的基礎(chǔ)上；一個反作用力測量裝置，測量由與仿真模型相連接的測試構(gòu)件所產(chǎn)生的反作用力；一個數(shù)字計算機，存儲與測試構(gòu)件虛擬相連的數(shù)值模型；和一個振動臺運動測量裝置，測量振動臺的運動。
最好是，數(shù)字計算機根據(jù)振動臺運動測量裝置和反作用力測量裝置的輸出值向控制器輸出一個控制信號。另外，數(shù)字計算機也可以根據(jù)反作用力測量裝置的輸出值和數(shù)值模型計算測試構(gòu)件的運動，并且包括一個加法器，其將計算的結(jié)果和振動臺運動測量裝置的輸出值進行相加，而且向控制器輸出該相加結(jié)果。
數(shù)字計算機最好存儲振動臺的振動波形，并且數(shù)字計算機根據(jù)反作用力測量裝置的輸出值向控制器輸出一個控制信號，并且數(shù)字計算機包括控制振動臺的振動時間的時間控制裝置。
此外模擬結(jié)構(gòu)最好可以進行具有多個自由度的振動。
數(shù)字計算機最好包括輸入有數(shù)值模型的存儲裝置；結(jié)構(gòu)運動計算裝置，根據(jù)反作用力測量裝置和振動臺運動測量裝置的輸出參照存儲在存儲器中的數(shù)值模型計算結(jié)構(gòu)從反作用力被測量時起經(jīng)過預(yù)定時間后的運動；振動信號計算裝置，根據(jù)計算得到的結(jié)構(gòu)運動計算經(jīng)過預(yù)定時間后輸出到起振器的振動信號；和時間控制裝置，控制預(yù)定的時間。
此外，數(shù)字計算機可以包括用于存儲振動臺的振動波形的裝置，從而時間控制裝置根據(jù)該被存儲的振動波形控制振動臺的振動時間。
實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的的第三個方面是用于測試由部分結(jié)構(gòu)和與該部分結(jié)構(gòu)虛擬連接的數(shù)值模型組成的一種結(jié)構(gòu)測試方法，包括固定在振動臺上的部分結(jié)構(gòu)受振動臺和與振動臺固定在同一基礎(chǔ)上的起振器的振動，測量此時由部分結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的反作用力和振動臺的位移，根據(jù)測得的反作用力的值和振動臺的位移得到從反作用力被測量時起經(jīng)過預(yù)定時間后的數(shù)值模型和部分結(jié)構(gòu)之間連接處的合成運動，和為實現(xiàn)經(jīng)過預(yù)定時間后在連接處得到的運動向起振器輸入一個振動信號，并且起振器根據(jù)該信號振動部分結(jié)構(gòu)。
實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的的第四個方面是在用于測試由固定在振動臺上的測試構(gòu)件和存儲在數(shù)字計算機中并與測試構(gòu)件虛擬相連的數(shù)值模型組成的一種結(jié)構(gòu)測試方法中，包括測試構(gòu)件受振動臺和與振動臺固定在同一個基礎(chǔ)上的起振器的振動，并且測量出由測試構(gòu)件產(chǎn)生的反作用力的步驟；測量振動臺的位移的步驟；將測量到的反作用力的值輸出到數(shù)字計算機的步驟；將測量到的振動臺的位移輸出到數(shù)字計算機的步驟；參照數(shù)值模型根據(jù)測量到的反作用力的值計算出從測量反作用力時起經(jīng)過預(yù)定時間后結(jié)構(gòu)相對于振動臺的運動的步驟；通過將計算出的結(jié)構(gòu)的相對運動的值和所測得的振動臺的位移值相加計算出從測量反作用力時起經(jīng)過預(yù)定時間后結(jié)構(gòu)相對于振動臺所在的基礎(chǔ)的運動的步驟；利用由起振器振動的測試構(gòu)件部分的計算值，計算出形成運動的振動信號的步驟；從測量反作用力時起經(jīng)過預(yù)定時間后輸出振動信號的步驟；根據(jù)產(chǎn)生的振動信號依序驅(qū)動起振器的步驟。
實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的的第五個方面是在用于測試由固定在振動臺上的測試構(gòu)件和存儲在數(shù)字計算機中并與測試構(gòu)件虛擬相連的數(shù)值模型組成的一種結(jié)構(gòu)測試方法中，測試構(gòu)件受振動臺和與振動臺固定在同一個基礎(chǔ)上的起振器的振動，測量由測試構(gòu)件產(chǎn)生的反作用力，并輸入數(shù)字計算機，同時參照數(shù)值模型根據(jù)測量到的反作用力的值計算出從測量反作用力時起經(jīng)過預(yù)定時間后結(jié)構(gòu)與振動臺之間的相對運動，通過將計算出的結(jié)構(gòu)的相對運動的值和預(yù)先得到的振動臺的位移值相加計算出從測量反作用力時起經(jīng)過預(yù)定時間后結(jié)構(gòu)相對于振動臺所在的基礎(chǔ)的運動，得到為產(chǎn)生經(jīng)過預(yù)定時間后計算出的運動作用在測試部件上的振動力，并且由起振器產(chǎn)生該振動力。
最好是，預(yù)先得到的振動臺的位移在測量反作用力和預(yù)先存儲進數(shù)字計算機時測得的。此外還可取的是預(yù)先得到的振動臺的位移是在測量反作用力時測量的值，并且在計算從測量反作用力時起經(jīng)過預(yù)定時間后結(jié)構(gòu)和振動臺之間的相對運動之后，此時得到經(jīng)過預(yù)定時間后結(jié)構(gòu)相對于振動臺所在的基礎(chǔ)的運動。使用預(yù)先存儲的振動臺的振動波形，并且從測得的振動臺的運動值和預(yù)先存儲的波形之間的差值中計算出時間滯后，根據(jù)該用于校正預(yù)定時間的時間滯后調(diào)整所述預(yù)定時間。


圖1是本發(fā)明的振動測試系統(tǒng)的一個實施例的示意圖；圖2至圖4是有關(guān)其改進方案的示意圖5是本發(fā)明的振動測試方法的一個實施例的流程圖；圖6至圖8是有關(guān)其改進方案的流程圖；圖9是本發(fā)明的振動測試系統(tǒng)的一個實施例的示意圖，圖中詳細表示了測試件結(jié)構(gòu)的周邊環(huán)境。
接下來參照附圖解釋本發(fā)明的一個實施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)振動測試系統(tǒng)的一個實施例的示意圖。例如，為測試橋梁在發(fā)生地震時的變化過程，不可能測試整個橋梁。于是，采用截取橋梁的一部分作為測試部件并且考慮到剩余部分的運動具有很強的線性從數(shù)學(xué)上分析橋梁的剩余部分的一種方法。在這種情況下，測試構(gòu)件3的一端固定在振動臺5上，另一端與設(shè)置在起振器1前端部分的一個構(gòu)架8相連。測試構(gòu)件3的剩余部分不與其它任何部件相連。這里，起振器1固定在剛性墻7上，該剛性墻和振動臺5都固定在基礎(chǔ)6上。起振器1、構(gòu)架8和反作用力測量裝置2構(gòu)成一個模擬結(jié)構(gòu)。反作用力測量裝置2測量通過振動施加在測試構(gòu)件3上的反作用力。反作用力測量裝置2并不局限于圖1所示的位置，只要能夠測量反作用力即可。
利用起振器31使振動臺5沿上下方向振動，此外振動臺還可以借助于圖中沒有示出的起振器在由X方向和Y方向構(gòu)成的水平方向上發(fā)生振動。當振動臺5在這些起振器作用下振動時，通過信號傳輸裝置16將從測試構(gòu)件3作用到反作用力測量裝置2上的反作用力傳送給信號輸入裝置13，并且最終被輸入進數(shù)字計算機10。在振動臺5被振動時，通過信號傳輸裝置15將由振動臺運動測量裝置4測得的振動臺5的運動值傳送給信號輸入裝置12，并且該值也被輸入數(shù)字計算機10。通過信號傳輸裝置14將振動信號從包括數(shù)字計算機10的信號輸出裝置11傳送給起振器控制器9。利用該振動信號驅(qū)動所述模擬結(jié)構(gòu)。在不需要振動臺5沿上下方向振動的情況下，可以用能沿上下方向支承振動臺5的支承裝置代替起振器31。
更具體地講，在上面提到的組成部分中，傳輸信號是電壓信號，信號傳輸裝置是電纜，信號輸入裝置是A/D轉(zhuǎn)換器和信號輸出裝置是D/A轉(zhuǎn)換器。然而，上述組成部分不僅僅限于這些部件，也可以由其它方式構(gòu)成。
在數(shù)字計算機10中，測得的振動臺5的運動值和分別從信號輸入裝置12和13輸入的測得的反作用力的值被輸出到結(jié)構(gòu)運動計算裝置17。一個數(shù)值模型被輸入并存儲在結(jié)構(gòu)運動計算裝置17中。該數(shù)值模型是與測試構(gòu)件3相連接的一個虛擬結(jié)構(gòu)，由運動方程的系數(shù)和各種常數(shù)的矩陣構(gòu)成。并且能夠通過圖中沒有示出的數(shù)字計算機的輔助裝置預(yù)先得到。
結(jié)構(gòu)運動計算裝置17運用數(shù)值模型以反作用力測量值作為外力對運動方程進行數(shù)值積分。于是，通過計算可以得到數(shù)值模型與振動臺之間相對運動的狀態(tài)。通過將計算結(jié)果和振動臺5運動的測量值相組合，得到從測量反作用力時起經(jīng)過一個給出的預(yù)定的周期后數(shù)值模型相對于基礎(chǔ)6運動的狀態(tài)。盡管最好使用中央差值法進行數(shù)值積分，但數(shù)值積分并不僅僅限于這一種方法。
該計算結(jié)果輸入到振動信號計算裝置18中，并產(chǎn)生一個振動信號傳輸?shù)狡鹫衿?，使得在給定時間長度或預(yù)定時間長度之后測試構(gòu)件3與模擬結(jié)構(gòu)30之間連接點的運動與結(jié)構(gòu)運動計算裝置17的計算結(jié)果一致。從信號輸出裝置11輸出所述振動信號。數(shù)字計算機10由時間控制裝置9控制，從而經(jīng)過一個給定的或預(yù)定的時間后實際得到一個預(yù)測的測試構(gòu)件經(jīng)過一個給定的或預(yù)定的時間后的運動計算值。
根據(jù)本實施例，即使在振動臺上沒有安裝起振器時，通過使用模擬和數(shù)值計算也可以進行測試。并且由此使充分利用振動臺的尺寸的測試成為可能。
根據(jù)圖2中的方框圖說明上述發(fā)明的一個改進方案。
在圖1所示的實施例中，由測量振動臺5的運動的測量裝置4測得的信號輸入到信號輸入裝置12中。然而在該改進方案中，該信號直接輸入到設(shè)置在信號輸出裝置11與用于起振器1的控制器9之間的信號加法器21。該改進方案在這一點上與圖1所示的實施例不同。因此，在圖1的實施例中也出現(xiàn)的相同部分使用同樣的標號。根據(jù)由測量裝置4測得的振動臺5的運動值，在信號加法器21中，將測得的信號轉(zhuǎn)換成為產(chǎn)生被測的運動值的振動信號。與上述操作并行，將通過信號傳輸裝置14從數(shù)字計算機10輸出的振動信號與先前的振動信號相加，并且將它的輸出信號通過信號傳輸裝置22輸出到用于起振器1的控制器9。
根據(jù)該改進方案，即使在振動臺上沒有安裝起振器時，通過將使用常規(guī)模擬與數(shù)值計算相結(jié)合就能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)的測試。
下面根據(jù)圖3中的方框圖說明上述發(fā)明的另一個改進方案。該改進方案與上述實施例的差別在于，該改進方案沒有使用由用于控制起振器1的振動臺運動測量裝置4測得的振動臺運動的輸出值。因此，必須以其它合適的形式模擬振動臺的運動。在本改進方案中，振動臺運動的波形被預(yù)先存儲在數(shù)字計算機的諸如存儲器一類的輔助裝置中。通過將由數(shù)字計算機10計算出的數(shù)值模型與振動臺之間的相對運動狀態(tài)與預(yù)先輸入的振動臺運動波形相結(jié)合，得到從測量反作用力時起經(jīng)過預(yù)定時間長度后數(shù)值模型相對于基礎(chǔ)6的運動狀態(tài)。盡管在圖3中表示的是時間控制裝置19控制振動臺5的情形，但是時間控制裝置19的控制范圍可以限制在數(shù)字計算機10中，而振動臺5具有的時間控制功能用作上一級時間控制裝置。
根據(jù)該改進方案，通過只改變結(jié)構(gòu)運動計算裝置的程序，和在并行地使用傳統(tǒng)模擬和數(shù)值計算的傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震測試方法中的振動臺和時間控制器之間增加一個時間信號傳輸裝置就可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的測試。因此，可以降低測試的成本，并且可以簡化測試。
下面根據(jù)圖4所示的方框圖說明本發(fā)明的另一個改進方案。該改進方案的特征在于在圖1所示的振動臺和時間控制裝置19之間提供時間控制關(guān)系。
如在圖3所示改進方案的情況一樣，在數(shù)字計算機10的存儲裝置中存儲有數(shù)值模型和振動臺的運動波形。根據(jù)由結(jié)構(gòu)運動計算裝置17計算出的數(shù)值模型與振動臺的相對運動狀態(tài)和預(yù)先輸入的振動臺的運動波形與測得的振動臺的運動波形之間的時間滯后，計算出從測量反作用力時起經(jīng)過預(yù)定時間長度后振動臺相對于基礎(chǔ)6的運動狀態(tài)。這里，在先于時間滯后的時刻的振動臺的運動波形是從預(yù)先存儲的振動臺運動波形中得到的，并且利用該值校正測量值。振動臺5和數(shù)字計算機10之間的關(guān)系與圖3中的情況相似，因此，此處省略了更詳細的說明。根據(jù)該改進方案，可以實現(xiàn)比圖1所示實施例更多的結(jié)構(gòu)運動計算。
下面參照圖5和接下來的附圖詳細說明應(yīng)用上述實施例和它的改進方案中的系統(tǒng)實現(xiàn)的一個結(jié)構(gòu)測試方法的實施例和相應(yīng)的改進方案。圖5表示應(yīng)用圖1所示結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)的一個實施例。在該實施例中，根據(jù)下面的步驟進行結(jié)構(gòu)的抗震測試(1)首先，作用于振動臺5的起振器31或類似物使測試構(gòu)件3發(fā)生振動。利用反作用力測試裝置2測量由測試構(gòu)件3產(chǎn)生的反作用力(步驟110)。
(2)與此同時，利用振動臺運動測量裝置4測量振動臺5的位移(步驟120)。
(3)接下來，由反作用力測量裝置2在步驟110中測得的反作用力值輸入到數(shù)字計算機10中(步驟130)。
(4)由振動臺運動測量裝置4在步驟130中測得的振動臺的位移被輸入給數(shù)字計算機10(步驟140)。
(5)根據(jù)預(yù)先輸入在數(shù)字計算機10中的結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型，結(jié)構(gòu)運動計算裝置17使用在步驟110中測得的反作用力數(shù)值計算從測量反作用力時起經(jīng)過預(yù)定時間后結(jié)構(gòu)的運動。這里，所述結(jié)構(gòu)包括數(shù)值模型和測試構(gòu)件3，因而所述運動代表的是所述結(jié)構(gòu)和振動臺5之間的相對運動(步驟150)。
(6)結(jié)構(gòu)運動計算裝置17將在步驟140中得到的振動臺位移的測量值加在在步驟150中得到的結(jié)構(gòu)的運動上，并且計算從測量反作用力時起經(jīng)過預(yù)定時間后結(jié)構(gòu)的運動。這里，所述運動代表的是振動臺5相對于基礎(chǔ)的運動，亦即絕對位移(步驟160)。
(7)根據(jù)在步驟160中得到的結(jié)構(gòu)運動的計算值，振動信號計算裝置18計算出為得到由模擬結(jié)構(gòu)30形成的運動狀態(tài)必需的作用在起振器7上的振動信號(步驟170)。
經(jīng)過預(yù)定時間后信號輸出裝置11輸出在步驟170中得到的振動信號(步驟180)。
(8)根據(jù)從信號輸出裝置11輸出的振動信號，控制器9驅(qū)動起振器1(步驟190)。
(9)此處，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時間是否已經(jīng)過去或者是否向起振器控制裝置發(fā)出了停止信號，判定該結(jié)構(gòu)的振動測試是否結(jié)束或完成。該判定裝置可以是與數(shù)字計算機10或起振器控制器9相結(jié)合的裝置，也可以是單獨提供的裝置。
根據(jù)該實施例，由于結(jié)合使用了部分結(jié)構(gòu)的振動測試和根據(jù)數(shù)值模型的數(shù)值計算，使得不需要將起振器安裝在振動臺上的結(jié)構(gòu)的抗震測試成為可能，并且由此可以充分利用振動臺的整個空間。因此，部分結(jié)構(gòu)的安裝面積和振動臺面積之間的比可以盡可能地接近于1。
接下來，參照圖6說明使用圖2所示的結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)測試方法的改進方案。該測試方法不同于上述實施例的地方在于振動臺5的位移和起振器7的位移是相互分開的。更具體地講，在圖5所示的測試方法中，步驟150至170被下述步驟210至230和步驟270、280代替，并增加了步驟250和260。
(5a)根據(jù)預(yù)先輸入到數(shù)字計算機10中的結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型，使用在步驟110中測得的反作用力值計算從測量反作用力時起經(jīng)過預(yù)定時間后結(jié)構(gòu)的運動。此處，所述的結(jié)構(gòu)運動意指結(jié)構(gòu)和振動臺5之間的相對運動(步驟210)。
(6a1)從在步驟210中得到的結(jié)構(gòu)運動的計算結(jié)果，振動信號計算裝置18計算為得到經(jīng)過預(yù)定時間后模擬結(jié)構(gòu)30的運動狀態(tài)所必需的作用于起振器1上的振動信號(步驟220)。
(6a2)經(jīng)過預(yù)定時間后信號輸出裝置11輸出在步驟220中獲得的振動信號(步驟230)。
此外，與上述振動測試構(gòu)件的步驟并行，執(zhí)行控制振動臺5的位移的步驟。
(4a1)通過信號傳輸裝置15將在步驟120中得到的振動臺位移的測量值輸入到加法器21(步驟250)。
(4a2)在加法器21中，根據(jù)由振動臺運動測量裝置4測得的振動臺的位移，經(jīng)過預(yù)定時間后得到用于振動振動臺的一個第二振動信號，并且加法器21輸出該第二振動信號(步驟260)。
(6a3)由數(shù)字計算機10得到的結(jié)構(gòu)的一個第一振動信號輸入到加法器21中(步驟270)。
(7a)由數(shù)字計算機10得到的結(jié)構(gòu)的第一振動信號和第二振動信號在加法器21中合成并轉(zhuǎn)換成一個第三振動信號(步驟280)。
根據(jù)該改進方案，雖然使用的是沒有經(jīng)過任何改變的傳統(tǒng)的振動臺，但是由于將部分結(jié)構(gòu)的振動測試與數(shù)值模型的數(shù)學(xué)計算相結(jié)合，可以高精度地進行結(jié)構(gòu)的抗震測試。
參照圖7說明使用圖3所示的結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)測試方法的改進方案。該測試方法不同于圖5中所示的上述實施例的地方在于該方法沒有使用振動運動測量裝置的輸出。也就是說，振動臺5的運動值存儲在存儲裝置中，并且根據(jù)該存儲的運動值，時間控制裝置19控制振動臺5的運動。因此，在第一個振動測試實施例的步驟110至160中，步驟120和140被省略，并且步驟150和160變成下面的步驟310、320。
(5b)根據(jù)預(yù)先存儲在數(shù)字計算機10中的結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型，結(jié)構(gòu)運動計算裝置17計算從測量反作用力時起經(jīng)過預(yù)定時間后結(jié)構(gòu)相對于振動臺的相對運動(步驟310)。
(6b)通過將由結(jié)構(gòu)運動計算裝置17在步驟310中得到的結(jié)構(gòu)運動的計算結(jié)果上加上一個預(yù)先存儲或輸入的振動臺的振動波形，計算出從測量反作用力時起經(jīng)過預(yù)定時間后所述結(jié)構(gòu)相對于振動臺基礎(chǔ)的運動(步驟320)。
此后，執(zhí)行步驟170和接下來的步驟。根據(jù)該改進方案，除了第一個測試方法的實施例的優(yōu)點外，通過僅僅對傳統(tǒng)的振動臺在振動臺和數(shù)字計算機之間增加用于實現(xiàn)時間控制的信號傳輸裝置，和針對該增加改變相關(guān)的程序，使用所述的簡單數(shù)值模型和部分結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)大型結(jié)構(gòu)的抗震測試。
下面參照圖8說明使用圖4所示的結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)測試方法的改進方案。該測試方法的特點在于在圖5所示的測試方法上增加對于振動臺的時間控制。也就是，用步驟410至430代替執(zhí)行步驟160。
(6c1)根據(jù)數(shù)字計算機10中預(yù)先輸入的振動臺的振動波形，得到從測量反作用力時起經(jīng)過預(yù)定時間后振動臺的位移。通過將這個值和經(jīng)過預(yù)定時間后結(jié)構(gòu)相對運動的計算結(jié)果相結(jié)合，結(jié)構(gòu)運動計算裝置計算經(jīng)過預(yù)定時間后結(jié)構(gòu)相對于振動臺基礎(chǔ)的運動(步驟410)。
(6c2)通過比較預(yù)先輸入的振動臺的振動波形和由振動臺位移測量裝置4測得的值，結(jié)構(gòu)運動計算裝置計算利用由振動臺位移測量裝置4在預(yù)定的時間間隔測得的值給出的波形與振動臺的振動波形之間的時間滯后(步驟420)。
(6c3)根據(jù)在步驟420中得到的時間滯后，時間控制裝置19調(diào)整為計算結(jié)構(gòu)的絕對位移所必需的測量反作用力時起預(yù)定的時間間隔，并且更新預(yù)定的時間間隔(步驟430)。
根據(jù)該測試方法，可以以更高精度進行抗震測試。
盡管在上述任意一個測試方法中起振器1被描述成具有一維激勵能力的起振器，但是不用說，起振器1可以是具有二維或多維激勵能力的起振器。此外，振動臺的振動方向既可以是一個水平方向也可以是兩個水平方向，或者振動可以是由作用在振動臺上的沖擊力產(chǎn)生的。此外，所述預(yù)定時間可以是一個固定的時間或是由計算機計算出的值。此外，在圖9中示出的是所述結(jié)構(gòu)由多個起振器振動的情形。測試構(gòu)件3安裝在振動臺5上，并且由兩個起振器1在豎直方向產(chǎn)生振動和由一個起振器1在水平方向產(chǎn)生振動。盡管在圖中沒有示出，振動臺5設(shè)置有可以使振動臺在豎直方向和水平方向產(chǎn)生相應(yīng)的振動的振動裝置。如前面所述，利用反作用力測量裝置2測量由測試構(gòu)件3施加在起振器1上的反作用力，同時利用振動臺運動測量裝置4測量振動臺5的運動。其它部件或部分的結(jié)構(gòu)與上述實施例和改進方案的相同，因此，省略了詳細的說明。根據(jù)該實施例，由于利用多個起振器使所述結(jié)構(gòu)產(chǎn)生多自由度的振動，因此，可以實現(xiàn)更真實或?qū)嶋H的模擬測試。盡管在圖9中省略了構(gòu)成數(shù)值模型的部分，毋容置言，使用數(shù)值模型可以實現(xiàn)所謂的混臺振動測試。
盡管前面說明了本發(fā)明的相應(yīng)的實施例和相應(yīng)的改進方案，本發(fā)明在不脫離其要點的前提下在本發(fā)明范圍內(nèi)實際上可以采用各種方式。因此，前面所述的實施例和改進方案是對本發(fā)明在各方面的簡單說明，而不能被看作是對本發(fā)明的限制。此外，屬于權(quán)利要求等效替換范圍的改進方案也在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，在固定在振動臺上的部分結(jié)構(gòu)受到振動臺和與振動臺固定在同一個基礎(chǔ)上的起振器的振動時，數(shù)字計算機計算由部分結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)和與部分結(jié)構(gòu)虛擬連接的數(shù)值模型，并且該計算結(jié)果是由振動臺和起振器形成的，由此，可以實現(xiàn)充分利用振動臺的尺寸的大尺寸測試構(gòu)件的測試。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)，用于測試由部分結(jié)構(gòu)和與所述部分結(jié)構(gòu)虛擬相連的數(shù)值模型組成的結(jié)構(gòu)，其特征在于包括一個振動臺，所述的部分結(jié)構(gòu)固定于該振動臺上；一個模擬結(jié)構(gòu)，其包括用于振動所述部分結(jié)構(gòu)的起振器和用于測量當所述部分結(jié)構(gòu)被振動時所述模擬結(jié)構(gòu)從所述部分結(jié)構(gòu)接受到的反作用力的一個反作用力測量裝置；一個數(shù)字計算機，其根據(jù)所述反作用力測量裝置的測量值計算所述數(shù)值模型的運動并根據(jù)該計算結(jié)果為所述起振器產(chǎn)生一個振動信號；并且所述振動臺和所述模擬結(jié)構(gòu)安裝在同一個基礎(chǔ)上。
2.一種結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)，其特征在于包括以第一起振器的方式固定在基礎(chǔ)上的振動臺；一個模擬結(jié)構(gòu)，包括至少一個固定在與所述振動臺固定的基礎(chǔ)相同的基礎(chǔ)上的第二起振器；一個反作用力測量裝置，測量由與所述模擬結(jié)構(gòu)相連的測試構(gòu)件所產(chǎn)生的反作用力；一個數(shù)字計算機，存儲與所述測試構(gòu)件虛擬相連的數(shù)值模型；一個控制器，其用于控制所述模擬結(jié)構(gòu)；和一個振動臺運動測量裝置，測量所述振動臺的運動。
3.按照權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)，其中所述數(shù)字計算機根據(jù)所述振動臺運動測量裝置和所述反作用力測量裝置的輸出值向所述控制器輸出一個控制信號。
4.按照權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)，其中所述數(shù)字計算機根據(jù)所述反作用力測量裝置的輸出和所述數(shù)值模型計算所述測試構(gòu)件的運動，并且包括對計算結(jié)果和所述振動臺運動測量裝置的輸出進行相加，和將相加結(jié)果輸出到所述控制器的一個加法器。
5.按照權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)，其中所述數(shù)字計算機包括控制所述振動臺的振動時間和存儲所述振動臺的振動波形的一個時間控制裝置；并且所述數(shù)字計算機根據(jù)所述反作用力測量裝置的輸出值向所述控制器輸出一個控制信號。
6.按照權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)，其中所述模擬結(jié)構(gòu)可以有多個自由度的振動。
7.按照權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)，其中所述模擬結(jié)構(gòu)可以有多個自由度的振動。
8.按照權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)，其中所述數(shù)字計算機包括存儲裝置，其中輸入了所述數(shù)值模型；結(jié)構(gòu)運動計算裝置，根據(jù)所述反作用力測量裝置和所述振動臺運動測量裝置的輸出參照所述存儲裝置中存儲的所述數(shù)值模型計算從測試反作用力時起經(jīng)過預(yù)定時間后所述結(jié)構(gòu)的運動；振動信號計算裝置，經(jīng)過預(yù)定時間后根據(jù)所述結(jié)構(gòu)的運動的計算值計算輸送給所述起振器的振動信號；和控制預(yù)定時間長度的時間控制裝置。
9.按照權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)，其中所述數(shù)字計算機包括存儲裝置，其中輸入了所述數(shù)值模型；結(jié)構(gòu)運動計算裝置，根據(jù)所述反作用力測量裝置和所述振動臺運動測量裝置的輸出參照所述存儲裝置中存儲的所述數(shù)值模型計算從測量反作用力時起經(jīng)過預(yù)定時間后所述結(jié)構(gòu)的運動；振動信號計算裝置，經(jīng)過預(yù)定時間后根據(jù)所述結(jié)構(gòu)的運動的計算值計算輸送給所述起振器的振動信號；和控制預(yù)定時間長度的時間控制裝置。
10.按照權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)，其中所述數(shù)字計算機包括用于存儲所述振動臺的振動波形的裝置，并且所述的時間控制裝置根據(jù)所述被存儲的振動波形控制所述振動臺的振動時間。
11.按照權(quán)利要求9所述的結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)，其中所述數(shù)字計算機包括用于存儲所述振動臺的振動波形的裝置，并且所述的時間控制裝置根據(jù)所述被存儲的振動波形控制所述振動臺的振動時間。
12.一種結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)，用于測試由部分結(jié)構(gòu)和與所述部分結(jié)構(gòu)虛擬相連的一個數(shù)值模型組成的結(jié)構(gòu)，所作的改進的特征在于固定在振動臺上的所述部分結(jié)構(gòu)受到與所述振動臺固定在同一個基礎(chǔ)上的起振器和所述振動臺的振動，測量此時由所述部分結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的反作用力和所述振動臺的位移，根據(jù)所述反作用力的測量值和所述振動臺的位移得到從測試反作用力時起經(jīng)過預(yù)定時間后在所述數(shù)值模型和所述部分結(jié)構(gòu)之間連接處的運動，為得到經(jīng)過預(yù)定時間后在所述連接點的運動，向所述起振器輸入一個振動信號，并且所述起振器根據(jù)所述信號振動所述部分結(jié)構(gòu)。
13.一種結(jié)構(gòu)測試方法，用于測試由部分結(jié)構(gòu)和存儲在數(shù)字計算機中并與所述部分結(jié)構(gòu)虛擬相連的一個數(shù)值模型組成的結(jié)構(gòu)，所作改進的特征在于所述測試構(gòu)件受到與所述振動臺固定在同一個基礎(chǔ)上的起振器和所述振動臺的振動，和測量由所述測試構(gòu)件產(chǎn)生的反作用力的步驟；測量所述振動臺的位移的步驟；將所述反作用力的測量值輸入到所述數(shù)字計算機中的步驟；將測得的所述振動臺的位移輸入到所述數(shù)字計算機的步驟；參照所述數(shù)值模型計算從反作用力的測量值中測得反作用力時起經(jīng)過預(yù)定時間后所述結(jié)構(gòu)相對于所述振動臺的相對運動的步驟；通過將所述結(jié)構(gòu)的相對運動的計算結(jié)果和所述振動臺的位移的測量值相加，計算從測試反作用力時起經(jīng)過預(yù)定時間后所述結(jié)構(gòu)相對于所述振動臺基礎(chǔ)的相對運動的步驟；利用由所述起振器振動的所述測試構(gòu)件的一部分的計算值，計算獲得所述運動的振動信號的步驟；從測量反作用力時起經(jīng)過預(yù)定時間后將所述振動信號輸出的步驟；根據(jù)所述振動信號依序驅(qū)動所述起振器的步驟。
14.一種結(jié)構(gòu)測試方法，用于測試由部分結(jié)構(gòu)和存儲在數(shù)字計算機中并與所述部分結(jié)構(gòu)虛擬相連的數(shù)值模型組成的結(jié)構(gòu)，所作改進的特征在于通過運用所述振動臺和與所述振動臺固定在同一個基礎(chǔ)上的起振器振動所述測試構(gòu)件，測量由所述測試構(gòu)件產(chǎn)生的反作用力，并且輸入到所述數(shù)字計算機中，同時根據(jù)測得的反作用力值參照數(shù)值模型計算從測量反作用力時起經(jīng)過預(yù)定時間后所述振動臺和所述結(jié)構(gòu)之間的相對運動，通過將所述結(jié)構(gòu)的相對運動的計算結(jié)果和預(yù)先得到的所述振動臺的位移相加計算從測量反作用力時起經(jīng)過預(yù)定時間后所述結(jié)構(gòu)相對于所述振動臺基礎(chǔ)的相對運動，得到為產(chǎn)生經(jīng)過預(yù)定時間后的計算出的運動給所述測試部件的振動力，并由所述起振器產(chǎn)生所述振動力。
15.按照權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)測試方法，其中所述預(yù)先得到的所述振動臺的位移是在測量反作用力時測得的。
16.按照權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)測試方法，其中所述預(yù)先得到的所述振動臺的位移預(yù)先存儲在數(shù)字計算機中。
17.按照權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)測試方法，其中預(yù)先得到的所述振動臺的位移是在測量反作用力時測得的值，在計算從測量反作用力時起經(jīng)過預(yù)定時間后實現(xiàn)的所述結(jié)構(gòu)和所述振動臺之間的相對運動之后，在得到預(yù)定時間后所述結(jié)構(gòu)相對于所述振動臺的所述基礎(chǔ)的相對運動時，使用預(yù)先存儲的所述振動臺的振動波形，根據(jù)測得的所述振動臺的運動值與預(yù)先存儲的波形之間的差值計算時間滯后，并根據(jù)所述時間滯后調(diào)整所述預(yù)定時間以校正所述預(yù)定時間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)和測試方法,測試由測試構(gòu)件和與該結(jié)構(gòu)虛擬連接的數(shù)值模型組成的結(jié)構(gòu)。一個模擬結(jié)構(gòu)包括一個構(gòu)架,一個起振器和一個與振動臺固定在同一個基礎(chǔ)上的反作用力測量裝置。只有測試構(gòu)件固定在振動臺上。利用一個振動臺運動測量裝置測量在用振動臺和起振器振動測試構(gòu)件時產(chǎn)生的振動臺的運動,此時通過一個反作用力測量裝置測量由測試構(gòu)件產(chǎn)生的反作用力。使用這些測得的值和存儲在數(shù)字計算機中的數(shù)值模型,計算由于模擬結(jié)構(gòu)的運動經(jīng)過預(yù)定時間后測試構(gòu)件的運動。
文檔編號G01M7/02GK1247976SQ9911098
公開日2000年3月22日 申請日期1999年6月25日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月25日
發(fā)明者山岸渡, 堀內(nèi)敏彥, 井上雅彥, 梅北和弘, 桃井康行 申請人:株式會社日立制作所